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【摘 要】 本文围绕碟簧特性介绍了碟簧的种类、材质以及主要特点和应用，重点分析了碟簧制造加工特性以及缺陷问题。
【关键词】 碟簧；碟簧特性；碟簧应用
碟簧是碟形弹簧的简称，由法国人贝利维尔（J.Belleville）于1866年发明，当时主要作垫圈使用，并在美国及法国申请专利，又被称为贝氏弹簧（Belleville Spring）。
在上世纪七十年代我国开始研究碟形弹簧，八十年代后开始有企业生产碟簧，因其结构形状简单，易于实施工艺手段，在各行各业都有广泛应用，常用于重型机械设备、飞机、大炮等作强力缓冲和减振弹簧，也用于汽车和拖拉机的离合器，泵阀中的压紧弹簧，自动化中控制机构，螺栓联接中弹性垫圈。在许多机电产品中已逐步采用碟簧来代替原用的园柱弹簧。目前我国执行的碟簧技术标准主要有：GB/T1972-2005《碟簧弹簧》、JB/T53394-2000JB/T53394-2000《碟形弹簧产品质量分等》等。
1、普通碟簧的结构
依据GB/T1972-2005标准，碟簧有下列结构和分类：
（1）根据支撑结构的不同有两种型式；一种是无支撑面碟簧，其内缘上边及外缘下边未经加工；另一种是有支撑面碟簧，内外缘经加工后形成支撑面，载荷作用于支撑面。
（2）根据碟簧厚度t值，碟簧又可分为三类：
（3）碟簧的尺寸和参数根据D/t和ho/t值分为：
A（D/t≈18，ho/t≈0.4）
B（D/t≈28，ho/t≈0.75）
C（D/ho≈40，ho/t≈1.3）三个系列
2、碟簧的主要特点与应用
碟簧与其它型式的弹簧如螺旋弹簧、钢板弹簧等比较，其主要特点如下：
（1）轴向尺寸较小而径向尺寸较大
它能在很小的的变形条件下，承受变化范围很大的轴向载荷，其单位体积的变形能較大，具有较好的缓冲吸振能力，因此适合轴向空间小，径向空间大而承载大的场合。
（2）具有变刚性的特性
在外径和内径尺寸相同的条件下，只要改变碟簧厚度与碟簧的内锥高度之比可以得到不同的弹簧特性曲线，z=ho/t﹤2，是正刚度（刚度大）z=0.2～1.3；z=ho/t≈2是正刚度+零刚度z=1.3～1.5；2﹤ho/t﹤22是正刚度+负刚度；z=1.5～2.3；z﹥22是正刚度+负刚度z﹥2.8。在国标中的碟簧是采用z﹤2的。
（3）改变碟簧的数量或碟片的组合形式将产生不同的力学性能
除单片使用外通过不同的碟簧组合如叠合、对合、复合等形式可获得不同的承载能力和特性。
（4）在组合碟簧中，当一些碟片损坏时，只需个别更换，便于维修和减低成本。
（5）正确设计、制造和使用的碟簧，具有很长的使用寿命。
（6）便于标准化，具有大批量生产的特点，有利于提高质量、降低成本。
3、碟形弹簧的材质
制作碟簧的材料需经热处理后具备高的强度极限、屈服极限、弹性极限和疲劳极限，同时要求能承受较高的冲击韧性、朔性和尽量高的屈强比。为了满足这些性能，国内外大都采用冷轧或热轧的优质钢带或钢板，当厚度大于6毫米的碟簧采用锻造坯料，钢种主要为中碳低合金弹簧钢（硅锰或铬钒弹簧钢）及优质碳素弹簧钢，以下是不同国家制造碟簧的主要材料。
因我国硅锰含量高而铬钒少，所以我国碟簧主要采用60Si2MnA，二者相比较50CrVA的淬透性、回火稳定性和冲击韧性都比60Si2MnA的好，但50CrVA价格较高，适用于对疲劳要求较高的场合。
4、碟形弹簧的载荷-变形计算
从上世纪二、三十年代以来碟形弹簧的计算经过许多专家学者的研究，其计算方法有许多种，但使用最广泛的是1936年美国两位工程师阿尔曼（J.O.Alman）与拉斯路（A.Laszlo）提出的近似计算法，此法形式简单，便于计算，计算结果与实验结果比较符合，因此目前广泛应用。
5、碟形弹簧的制造
5.1、碟簧多用冷轧或热轧带钢、板材或锻造坯料（锻造比不小于3）制造，其材料常用60S2MA、50CVA等弹簧钢，对于厚度小于1.1的也可用高碳钢制造。对于有防锈、防蚀、防磁或耐热等特殊要求时，则采取特殊的制造工艺。
5.2、碟簧的热处理：碟簧成型后必须进行热处理，淬火次数不得超过二次。经淬回火后碟簧硬度必须在HRC42～52的范围内。经热处理后的碟簧其单面脱碳层的深度对1类碟簧不得超过其厚度的5%；对于2、3类碟簧不得超过其厚度的3%（其最小值允许值为0.06mm）碟簧应全部进行强压处理，处理方法：一次压平，持续时间不少于12小时；或短时压平，压平次数不少于5次，压平力不少于2倍的Ff=0.75h0，承受变载荷的碟簧应进行喷丸或其他方法的表面强化处理。
5.3、碟簧应进行防腐处理，如磷化、氧化、电镀、电泳或喷塑等形式。凡电镀处理后的碟簧必须及时进行去氢处理，防止氢脆。
6、碟形弹簧的缺陷分类及疲劳失效
6.1、缺陷分类A缺陷项目：疲劳、脱碳、硬度
B缺陷项目：H-0.75h。时的负荷、内外径、永久变形
C缺陷项目：厚度、自由高度、表面质量、表面粗糙度
6.2、碟形弹簧单位体积的变形能较大，用于吸收冲击和消散能量，在受到载荷长期冲击作用时，产生径向贯穿裂纹；碟簧工作时位于碟簧凹面内环面和端面交界处，承载最大拉应力。
由于材料成分不合理，成分偏析导致碟簧性能不均匀；加工不当会产生裂纹；应力腐蚀；热处理不合理；使用环境使碟簧产生进一步的脆化；长时间使用产生材料脆化等等每一种原因都会造成碟形弹簧在工作时产生疲劳失效，给生产应用带来损失。
7、结语
综上所述碟簧的形状虽然简单，但是通过不同的加工方式和进一步的技术处理可以实现不同需要的性能，但是同时也会有不同的缺陷产生，在实际应用中要结合应用特点，通过大量的试验检测，确保性能稳定可靠方可应用，防止隐患和安全事故的发生。
作者简介：梁宇（1984），男，辽宁省沈阳市，职称：助理工程师，本科，研究方向：电梯技术。
【关键词】 碟簧；碟簧特性；碟簧应用
碟簧是碟形弹簧的简称，由法国人贝利维尔（J.Belleville）于1866年发明，当时主要作垫圈使用，并在美国及法国申请专利，又被称为贝氏弹簧（Belleville Spring）。
在上世纪七十年代我国开始研究碟形弹簧，八十年代后开始有企业生产碟簧，因其结构形状简单，易于实施工艺手段，在各行各业都有广泛应用，常用于重型机械设备、飞机、大炮等作强力缓冲和减振弹簧，也用于汽车和拖拉机的离合器，泵阀中的压紧弹簧，自动化中控制机构，螺栓联接中弹性垫圈。在许多机电产品中已逐步采用碟簧来代替原用的园柱弹簧。目前我国执行的碟簧技术标准主要有：GB/T1972-2005《碟簧弹簧》、JB/T53394-2000JB/T53394-2000《碟形弹簧产品质量分等》等。
1、普通碟簧的结构
依据GB/T1972-2005标准，碟簧有下列结构和分类：
（1）根据支撑结构的不同有两种型式；一种是无支撑面碟簧，其内缘上边及外缘下边未经加工；另一种是有支撑面碟簧，内外缘经加工后形成支撑面，载荷作用于支撑面。
（2）根据碟簧厚度t值，碟簧又可分为三类：
（3）碟簧的尺寸和参数根据D/t和ho/t值分为：
A（D/t≈18，ho/t≈0.4）
B（D/t≈28，ho/t≈0.75）
C（D/ho≈40，ho/t≈1.3）三个系列
2、碟簧的主要特点与应用
碟簧与其它型式的弹簧如螺旋弹簧、钢板弹簧等比较，其主要特点如下：
（1）轴向尺寸较小而径向尺寸较大
它能在很小的的变形条件下，承受变化范围很大的轴向载荷，其单位体积的变形能較大，具有较好的缓冲吸振能力，因此适合轴向空间小，径向空间大而承载大的场合。
（2）具有变刚性的特性
在外径和内径尺寸相同的条件下，只要改变碟簧厚度与碟簧的内锥高度之比可以得到不同的弹簧特性曲线，z=ho/t﹤2，是正刚度（刚度大）z=0.2～1.3；z=ho/t≈2是正刚度+零刚度z=1.3～1.5；2﹤ho/t﹤22是正刚度+负刚度；z=1.5～2.3；z﹥22是正刚度+负刚度z﹥2.8。在国标中的碟簧是采用z﹤2的。
（3）改变碟簧的数量或碟片的组合形式将产生不同的力学性能
除单片使用外通过不同的碟簧组合如叠合、对合、复合等形式可获得不同的承载能力和特性。
（4）在组合碟簧中，当一些碟片损坏时，只需个别更换，便于维修和减低成本。
（5）正确设计、制造和使用的碟簧，具有很长的使用寿命。
（6）便于标准化，具有大批量生产的特点，有利于提高质量、降低成本。
3、碟形弹簧的材质
制作碟簧的材料需经热处理后具备高的强度极限、屈服极限、弹性极限和疲劳极限，同时要求能承受较高的冲击韧性、朔性和尽量高的屈强比。为了满足这些性能，国内外大都采用冷轧或热轧的优质钢带或钢板，当厚度大于6毫米的碟簧采用锻造坯料，钢种主要为中碳低合金弹簧钢（硅锰或铬钒弹簧钢）及优质碳素弹簧钢，以下是不同国家制造碟簧的主要材料。
因我国硅锰含量高而铬钒少，所以我国碟簧主要采用60Si2MnA，二者相比较50CrVA的淬透性、回火稳定性和冲击韧性都比60Si2MnA的好，但50CrVA价格较高，适用于对疲劳要求较高的场合。
4、碟形弹簧的载荷-变形计算
从上世纪二、三十年代以来碟形弹簧的计算经过许多专家学者的研究，其计算方法有许多种，但使用最广泛的是1936年美国两位工程师阿尔曼（J.O.Alman）与拉斯路（A.Laszlo）提出的近似计算法，此法形式简单，便于计算，计算结果与实验结果比较符合，因此目前广泛应用。
5、碟形弹簧的制造
5.1、碟簧多用冷轧或热轧带钢、板材或锻造坯料（锻造比不小于3）制造，其材料常用60S2MA、50CVA等弹簧钢，对于厚度小于1.1的也可用高碳钢制造。对于有防锈、防蚀、防磁或耐热等特殊要求时，则采取特殊的制造工艺。
5.2、碟簧的热处理：碟簧成型后必须进行热处理，淬火次数不得超过二次。经淬回火后碟簧硬度必须在HRC42～52的范围内。经热处理后的碟簧其单面脱碳层的深度对1类碟簧不得超过其厚度的5%；对于2、3类碟簧不得超过其厚度的3%（其最小值允许值为0.06mm）碟簧应全部进行强压处理，处理方法：一次压平，持续时间不少于12小时；或短时压平，压平次数不少于5次，压平力不少于2倍的Ff=0.75h0，承受变载荷的碟簧应进行喷丸或其他方法的表面强化处理。
5.3、碟簧应进行防腐处理，如磷化、氧化、电镀、电泳或喷塑等形式。凡电镀处理后的碟簧必须及时进行去氢处理，防止氢脆。
6、碟形弹簧的缺陷分类及疲劳失效
6.1、缺陷分类A缺陷项目：疲劳、脱碳、硬度
B缺陷项目：H-0.75h。时的负荷、内外径、永久变形
C缺陷项目：厚度、自由高度、表面质量、表面粗糙度
6.2、碟形弹簧单位体积的变形能较大，用于吸收冲击和消散能量，在受到载荷长期冲击作用时，产生径向贯穿裂纹；碟簧工作时位于碟簧凹面内环面和端面交界处，承载最大拉应力。
由于材料成分不合理，成分偏析导致碟簧性能不均匀；加工不当会产生裂纹；应力腐蚀；热处理不合理；使用环境使碟簧产生进一步的脆化；长时间使用产生材料脆化等等每一种原因都会造成碟形弹簧在工作时产生疲劳失效，给生产应用带来损失。
7、结语
综上所述碟簧的形状虽然简单，但是通过不同的加工方式和进一步的技术处理可以实现不同需要的性能，但是同时也会有不同的缺陷产生，在实际应用中要结合应用特点，通过大量的试验检测，确保性能稳定可靠方可应用，防止隐患和安全事故的发生。
作者简介：梁宇（1984），男，辽宁省沈阳市，职称：助理工程师，本科，研究方向：电梯技术。